J OURNAL OF T ELECOMMUNICATION , E LECTRONICS , AND C ONTROL E NGINEERING (JTECE) ISSN: 2654-8275 (O NLINE ) JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019 DOI : 10.20895/ JTECE . V 1 I 02.90
Rancang Bangun Monitoring Gas Belerang Oksida Berbasis Internet of Things Studi Kasus Gunung Ijen
The Design and Construction of Sulfur Oxide Gas Monitoring based on Internet of Things for

## Ijen Mount Case Study
Muhammad Arifin Ardi 1, *, Fellian Helmi Pristianto 2 , Muhammad Nurkahfi 3 , Ratna Mustika Yasi 4
1,2,3,4 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas PGRI Banyuwangi Banyuwangi, Indonesia
1, *Penulis korespondensi: ardyengineer@gmail.com
2 hfellian@gmail.com, 3 kahfi040898@gmail.com, 4 nanacan12@gmail.com
Received on 13-06-2019, accepted on 01-08-2019, published  06-08-2019

## Abstrak
Gunung  Ijen  merupakan  salah  satu  Gunung  berapi  yang  memiliki  lapangan  solfatara  dan selalu  melepaskan    gas vulkanik dengan  konsentrasi  belerang  yang  tinggi  dan  dapat mengiritasi  saluran  pernafasan.  Modul  sensor  gas  MQ136  merupakan  sensor  yang  dapat mendeteksi keberadaan gas belerang dengan jarak pembacaan antara 0 sampai dengan 100 ppm (parts per million). Modul sensor gas MQ136 difungsikan sebagai komponen aktif yang digunakan  untuk  membaca  fenomena fisis konsentrasi  gas  belerang  dan  IC  (Integrated Circuit) ATmega2560 digunakan sebagai penerima data ADC (Analog to Digital Converter) dari  modul  sensor  gas  MQ136.  Data  ADC  yang  diterima  oleh  IC  ATmega2560  kemudian kirimkan  ke  modul  ESP8266  Node  MCU  melalui serial UART  (Universal  Asynchronous Receiver Transmitter) dan kemudian data tersebut dikirimkan ke server menggunakan akses internet  melalui  modul  ESP8266  Node  MCU.  Sehingga  pengguna  dapat  mengetahui konsentrasi  gas  belerang  di  Gunung  Ijen  melalui  web  secara  realtime  kapanpun  dan dimanapun pengguna berada.  Hasil uji coba menggunakan simulasi miniatur Gunung Ijen dan bantun asap gas yang dihasilkan dari asap serbuk flare menunjukkan bahwa prototype dapat  berfungsi  memonitoring  gas  belerang  dengan  kadar  konsentrasi  tertentu  yang ditunjukkan pada konsentrasi 0 ppm sampai 15 ppm.
Keywords: ATmega2560, ESP8266 Node MCU, Internet of Things, Sensor gas MQ136.

## Abstract
Mount Ijen is one of the volcanoes with a solfatara field and always releases volcanic gas with a high sulfur concentration and can irritate the respiratory tract. The MQ136 gas sensor module is a sensor that can detect the presence of sulfur gas with a reading range from 0 to 100  ppm  (parts  per  million).  The  MQ136  gas  sensor  module  functions  as  an  active component used to read the physical phenomenon of sulfur gas concentration, and IC
M UHAMMAD A RIFIN A RDI , D KK : JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019
(Integrated  Circuit)  ATmega2560  is  used  as  the  ADC  (Analog  to  Digital  Converter)  data receiver from the gas sensor module MQ136. The ADC data received by the ATmega2560 IC is  then  sent to  the  ESP8266  Node  MCU  module  via  serial  UART  (Universal  Asynchronous Receiver Transmitter), and then the data is sent to the server using internet access via the ESP8266 Node MCU module. So that users can find out the concentration of sulfur gas in Mount Ijen via the web in real-time whenever and wherever the user  is. The test results using  a  miniature  simulation  of  Mount  Ijen  and  gas  fumes  produced  from  powder  flare smoke show that the prototype can monitor sulfur gas with a particular concentration level indicated at a concentration of 0 ppm to 15 ppm.
Keywords: ATmega2560, ESP8266 Node MCU, Internet of Things, MQ136 gas sensor.

## I.P ENDAHULUAN
Gunung  Ijen  adalah  gunung  berapi  yang  ramai  dikunjungi  oleh  wisatawan  lokal  maupun mancanegara [1][2] , gunung yang mempunyai danau kawah yang luas dan mempunyai derajat keasaman yang tinggi  (pH < 0.2) [3] . Lapangan solfatara gunung Ijen selalu melepaskan gas belerang dengan konsentrasi tinggi  dengan  bau  sangat  menyengat  yang  kadang  menyebabkan  iritasi  pada  saluran  pernafasan [4] .  Gas belerang oksida (SO x ) adalah gas yang terdiri dari gas belerang dioksida (SO 2 ) dan gas belerang trioksida (SO 3 ), kedua gas tersebut memiliki sifat yang berbeda, gas SO 2 memiliki bau sangat menyengat dan tidak mudah terbakar, sedangkan gas SO 3 bersifat sangat reaktif dan mudah bereaksi terhadap uap air (H 2 SO 4 ) [5] . Gas belerang dapat memicu gangguan pernafasan dan beberapa penyakit kardiovaskular , dan pada tingkat konsentrasi tertentu gas belerang dapat mengkorosi suatu lingkungan yang didominasi oleh proses sulfidasi SO 2[6] . Pentingnya menjaga kesehatan dari  paparan gas belerang menuntut  adanya suatu  alat yang dapat digunakan untuk memantau konsentrasi gas belerang di lapangan solfatara gunung Ijen, sensor gas MQ136 merupakan suatu sensor yang dapat membaca konsentrasi gas belerang dengan mksimum pembacaan 100 ppm,  data  yang  diterima  oleh  sensor  akan  dikirimkan  ke server menggunakan  akses  internet  untuk ditampilkan ke pengguna melalui web. Sehingga diharapkan dari alat tersebut dapat membantu pengunjung wisata  gunung  Ijen  untuk  memantau  konsentrasi  gas  belerang  secara realtime agar  pengunjung  dapat mengantisipasi diri dari paparan gas polutan gunung Ijen.

## II.K AJIAN P USTAKA
Ada dua macam gas SOx yaitu gas SO2 dan gas SO3. Pembakaran menghasilkan gas SO2 lebih banyak dibandingkan gas SO3, namun  dengan udara gas SO2 lebih cepat membentuk  gas SO3 sehingga gas ini menjadi lebih banyak diudara. Pada konsentrasi 0,4 ppm gas SOx menjadi sangat berbahaya bagi manusia, akibat yang ditumbulkan adalah gangguan pada sistem pernafasan, karena gas SOx mudah menjadi asam yang  menyerang  selaput  lendir  pada  hidung.  Pada  konsentrasi  1  smpai  dengan  2  ppm  bagi  orang  yang sensitif serangan gas SOx menyebabkan iritasi pada tubuh yang terkena radiasi langsung. Dalam paparan yang  lebih  lama  gas  SOx  dapat  menyebabkan  peradangan  hebat  pada  selaput  lendir  yang  diikuti  oleh kelumpuhan sistem pernafasan, kerusakan dinding ephitelium dan pada akhirnya diikuti oleh kematian [7] . Material sensitif dari sensor jenis MQ adalah berupa Inkoporasi Oksida Timah (SnO2), yang memiliki tingkat  konduktifitas  yang  rendah  pada  udara  bersih.  Saat  sensor  MQ  terpapar  oleh  gas  sulfur  yang terdeteksi maka nilai konduktifitas sensor akan semakin meningkat dan sebanding dengan konsentrasi gas yang berada diudara [8] . Berdasarkan Technical Data  MQ-136 Gas Sensors [13] , mengatakan bahwa sensor Gas  MQ136  memiliki  konduktifitas  rendah  pada  udara  bersih  dan  memiliki  sensitivitas  tinggi  terhadap SO2, MQ136 juga dapat digunakan untuk mendeteksi gas lain yang mengandung sulfur.
IoT (Internet  of  Things) merupakan  suatu  sistem  yang  dilengkapi  dengan  sensor  yang  sesuai  dengan fungsinya yang terhubung melalui jaringan internet. Sistem IoT berfungsi untuk mengumpulkan data yang dihasilkan  oleh  masing-masing  sistem  yang  terhubung  ke  internet  untuk  diolah  dan  dianalisis  menjadi informasi yang berguna, sehingga dapat digunakan untuk memantau dan mengontrol suatu benda [9] . ESP8266  Node  MCU  merupakan  sebuah  platform  IoT  dan  pengembangan  kit  yang  digunakan  untuk membantu membuat prototipe produk IoT, ESP8266 Node MCU mengintegrasikan GPIO (General Purpose Input Output), PWM (Pulse Width Modulation) , IIC (Inter Integrated Circuit) , dan ADC (Analog to Digital
M UHAMMAD A RIFIN A RDI , D KK : JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019
Converter) dan semua dalam satu board. ESP8266 Node MCU menggunakan serial WiFi SoC (Single on Chip) dengan onboard USB to TTL dengan menggunakan wireless IEE 802.11b/g/n [10] . ATmega2560 merupakan sebuah IC (Integrated Curcuit) mikrokontroler yang mempunyai 54 bit GPIO, dimana 15 bit digunakan sebagai bit PWM, 16 bit sebagai ADC dan 4 bit sebagai UART.  ATmega2560 memakai  osilator  sebesar  16  MHz  (Mega  Hertz)  dan  ICSP (In  Circuit  Serial  Programming) sebagai downlodernya [11] .

## III.M ETODE P ENELITIAN

## A. Blok Diagram Sistem

## Gambar 1. Blok Diagram Sistem
Berdasarkan  blok  diagram  di  atas  dapat  dijelaskan  bahwa  sistem  terdiri  dari  tiga  subsistem,  yaitu  (1) Input terdiri  dari  dua  komponen  utama,  yaitu  potensio  meter  dan  sensor  gas  MQ136.  Potensio  meter berfungsi  untuk  mengatur  dan  menentukan  kecepatan  putaran  kipas,  dan  sensor  gas  MQ136  berfungsi sebagai pendeteksi gas belerang. (2) Pemroses terdiri dari motor driver , mikrokontroler Arduino Mega dan ESP8266 Node MCU yang berfungsi sebagai pusat pengolahan data dan interkoneksi antara sistem yang satu dengan sistem yang lain. (3) O utput terdiri dari kipas sebagai sumber angin, data ADC adalah hasil nilai pembacaan sensor gas MQ136 dan data server adalah data yang akan diakses oleh pengguna melalui web.

## B. Skema Rangkaian Sistem
Input Output
Pemroses Potensio meter Motor driver Kipas Sensor gas MQ136 Arduino Mega Data ADC ESP8266 Node MCU Data pada server
Web
M UHAMMAD A RIFIN A RDI , D KK : JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019
Gambar  diatas  adalah  skema  rangkaian  sistem  yang  digambar  menggunakan Software  Proteus Professional Suite 8 .

## C. Desain Miniatur Gunung Ijen
Pembuatan miniatur gunung Ijen digunakan untuk mempermudah proses uji coba dan analisis alat, untuk desainnya dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 3. Desain 3 Dimensi Minitur Gunung Ijen
Setelah pembutan miniatur gunung ijen selesai maka tahap selanjutnya adalah membuat tabung asap yang akan digunakan untuk menyimpan asap sementara sebagai sumber asap untuk miniatur gunung ijen, untuk desainnya dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 5. Desain 3 Dimensi Tabung Asap

## D. Pembuatan Web
Pembuatan  web  dibuat  menggunakan  bahasa  pemrograman  HTML5  ( Hypertext  Markup  Language Version 5), CSS3 ( Cascading Style Sheets Version 3), dan JavaScript. Program ditulis pada software editor program  Notepad++  versi  7.6.  dan  dijalankan  pada software Mozilla  Firefox.  Pada  pembuatan  tampilan grafik pada web, penulis menggunakan perpustakaan sumber terbuka dari highchart.com dan perpustakaan JavaScript JQuery .

## E. Pembuatan Server
Pada  tahap  pembuatan server yang  akan  digunakan  untuk  menyimpan  data  sementara  ataupun menyimpan data secara permanen, disini penulis menggunakana penyedia jasa layanan server dari Firebase dalam versi trial , sebuah anak dari perusahaan terkemuka Google. Penulis memilih Firebase karena pada
M UHAMMAD A RIFIN A RDI , D KK : JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019
versi trial- nya Firebase menyediakan penyimpanan sebesar 1GB (Giga Byte) dan traffict download sebesar 10GB.

## F. Kalibrasi Sensor Gas MQ136
Proses kalibrasi  sensor mengacu pada datasheet sensor yang telah ditetapkan oleh pembuatnya, untuk karakteristik sensor MQ136 dapat dilihat pada gambar berikut.

## Gambar 6. Karakteristik Sensor Gas MQ136
Berdasarkan  pada  grafik  di  atas  dapat  diambil  kesimpulan  bahwa  nilai  rasio  resistansi  konduktivitas sensor adalah berbanding terbalik terhadap konsentrasi gas SO2, sehingga dapat ditulis persamaan sebagai berikut[12][13].
(1)
(2) (3)
Keterangan:
Vc = Tegangan uji sensor (Volt)
VRL  = Tegangan keluaran (Volt)
Rs = Resistansi sensor (Ohm)
Ro = Resistansi sensor pada saat 50 (Ppm)
KGs  = Konsentrasi gas (ppm) RL = Beban resistansi (Z)

## G. Skenario Pengujian Alat
Pengujian alat dilakukan menggunakan simulasi gunung ijen, pertama setelah prototipe dinyalakan dan telah tersambung ke jaringan hostspot/tethering seluler maka dilanjutkan dengan pembakaran serbuk flare didalam  tabung  asap  yang  telah  dibuat,  setelah  pembakaran  serbuk flare selesai  kemudian  asap  dihisap
M UHAMMAD A RIFIN A RDI , D KK : JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019
menggunakan pompa air aqurium dan asap disalurkan ketitik tengah gunung pada miniatur menggunakan selang, setelah asap keluar dari  miniatur gunung tahap selanjutnya adalah asap tiup menggunakan kipas agar pergerakan kipas dapat terarah. Setelah pergerakan asap terarah dengan baik, maka tahap selanjutnya yag dilakukan adalah melakukan analisis terhadap prototipe.

## IV.H ASIL DAN P EMBAHASAN
Berdasarkan hasil pengujian sistem yang dilakukan dengan cara menempatkan sensor gas MQ136 pada titik yang telah ditentukan pada miniatur gunung Ijen. Selanjutnya membuat asap didalam tabung asap yang telah dibuat, asap diperoleh dari pembakaran serbuk flare , ada beberapa bahan yang bisa digunakan untuk membut  asap  tiruan,  diantaranya  adalah  serbuk  petasan,  kertas,  kayu,  kulit  kelapa,  dan  lain  sebagainya, serbuk flare dipilih karena memiliki ketebalan asap yang tebal dan bau yang menyengat, kemudian asap di dalam tabung dihisap menggunakan pompa air aquarium dengan kuat hembusan pompa sebesar 11.2 Kmph (Kilometer per hour) dengan kecepatan konstan, kuat hembusan diatur pada 11.2 Kmph karena pada kondisi ini asap dapat terhisap dari dalam tabung asap dengan baik. Kipas digunakan untuk mengatur pergerakan arah asap dan dinyalakan dengan kuat sehingga menghasilkan hembusan angin yang merata keseluruh area simulasi, kecepatan yang dihasilkan sebesar 6.6 Kmph dengan kecepatan yang konstan, kecepatan putaran kipas diatur secara konstan karena pada kondisi ini pergerakan asap dapat terarah dengan baik dan tidak kehilangan ketebalannya.
Hasil  uji  coba  menunjukkan  bahwa  prototipe  dapat  berkerja  dengan  baik,  sensor  gas  MQ136  dapat membaca konsentrasi gas antara 0 ppm sampai dengan 15 ppm selama pengujian dari tiruan asap belerang yang  dipakai,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  sensor  gas  dapat  berkerja  dengan  baik  dan  sesuai  dengan datasheet penyedia sensor, yang mengatakan kepekaan sensor terhadap gas belerang antara 0 ppm sampai dengan 100 ppm. Berdasarkan hasil pengujian alat diperoleh nilai konsentrasi gas sebesar 3.3 ppm dengan merujuk pada persamaan kalibrasi sensor gas MQ136 [12][13] . Modul ESP8266 Node MCU sebagai sumber jaringan internet didapat dari hostspot/tethering seluler dengan kualitas signal 4G LTE, pada saat proses pengujian, board ESP8266 Node MCU sudah berkerja dengan baik dan dapat menyimpan data pada server dengan  kecepatan  pengiriman  data  sebesar  2  detik  dengan  minimum bandwidth 200  Kbps  (Kilo  bit  per seconds).
Proses  pengiriman  data  dari  prototipe  hingga  bisa  dilihat  pada  web  menggunakan  dua  sintaks pemrograman,  sintaks  tersebut  telah  disediakan  oleh Firebase .  Pertama  adalah  dengan  metode push , metode ini dilakukan untuk menambahkan setiap data baru yang masuk ke server Firebase sehingga pada web dapat dilihat data statistik keseluruhan pada saat proses pengujian. Kedua adalah dengan menggunakan metode set , metode ini digunakan untuk melakukan penimpaan pada setiap data baru yang diterima server Firebase sehingga pada proses ini data dapat diperbarui secara otomatis tanpa harus melakukan reload pada web. Selama proses pengujian prototipe hasil data realtime dan statistik dapat dilihat pada web, dan berikut adalah tampilan web yang dapat diakses oleh pengguna.
Gambar 7. Halaman Utama Web Monitoring Gas Belerang
M UHAMMAD A RIFIN A RDI , D KK : JTECE. V OL . 01, N O . 02, PP.97-103, J UL I 2019

## V.K ESIMPULAN
Berdasarkan  pembuatan  dan  pengujian  yang  telah  dilakukan,  sensor  gas  MQ136  dapat  membaca konsentrasi  gas belerang pada rentang nilai antara 0 ppm  sampai dengan 35 ppm dengan  pemberian gas belerang pekat. Sistem pengiriman data menggunakan ESP8266 Node MCU ke server didapatkan akurasi data sebesar 100% tanpa kehilangan data dengan kecepatan transfer sebesar 2 detik pada bandwidth diatas 200  Kbps.  Web  dapat  meminta  data  dari server secara  realtime  dan  dapat  menampilkan  data  dengan kecepatan 1 detik.

## A CKNOWLEDGEMENT
Penulis berterima kasih kepada Tuhan Y.M.E,. kepada kedua orang tua, kepada seluruh civitas akademi Universitas PGRI Banyuwangi pada umunya, dan khususnya para dosen dan mahasiswa program studi S1 teknik elektro yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan rancang bangun ini.
Dibiayai  oleh:  Direktorat  Kemahasiswaan.  Direktorat  Jenderal  Pembelajaran  dan  Kemahasiswaan. Kementrian  Riset,  Teknologi  dan  Pendidikan  Tinggi.  Program  Kreativitas  Mahasiswa  (PKM)  5  Bidang Tahun 2019. Nomor 754/SPK/KM.02.01/2019 Tanggal 22 April 2019.

## R EFERENCES
[1]  Fitroh S. K., 2017., Pengaruh Atraksi Wisata dan Motivasi Wisatawan Terhadap Keputusan Berkunjung., Jurnal Administrasi Bisnis Vol. 42 No. 2 .
[2]  Nurmalasari T. R., 2017., Analisis Faktor Yang Mempengaruhi Pengunjung Objek Wisata Kawah Ijen Banyuwangi ., Surabaya: Universitas Negeri Surabaya.
[3]   Zaenuddin A., Wahyudin D., Surmayadi M., Kusnidar E., 2012., Prakiraan Bahaya Letusan Gunung Api Ijen Jawa Timur., Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi Vol. 3 No. 1 .
[4]  Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral., 2014., G. Ijen., Retrieved from Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. Junaedi., 2017., Pengaruh Paparan Asap Belerang Terhadap Faal Paru Pekerja Tambang Belerang Di Kawah Ijen Banyuwangi ., Malang: Universitas Muhammadiyah Malang.
[5]  Rakhman A. N., 2016., Peranan Sulfur Dioksida Pada Pembentukan Korosi Logam dan Implikasinya Bagi Kesehatan Manusia di Gunung  Lumpur  Desa  Kuwu  Kecamatan  Kradenan  Kabupaten  Grobogan  Provinsi  Jawa  Tengah., Jurnal  Teknologi Technoscientia Vol. 8 No. 2 . [6]  Sugiarti., 2009., Gas Pencemar Udara dan Pengaruhnya Bagi Kesehatan Manusia., Jurnal Chemica Vol. 10 No. 1 . [7]  Simamora J., 2017., Rancang Bangun Sistem Pendeteksi Kesegaran Daging Berdasarkan Bau dan Warna ., Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [8]  Cahyono G., 2015., Internet of Things. Jurnal Forum Teknologi Vol. 6 No. 3 . [9]   Arranda D. F., 2017., NodeMCU Pada Home Automation Control., Jurnal Informatika dan Komputer Vol. 1 No. 1 . [10] Alimuddin., 2018., Sistem Parkir Cerdas Sederhana Berbasis Arduino Mega 2560 Rev 3., Jurnal Elektro Luceat Vol. 4 No. 1 . [11] Rahajoeningroem T., Fergo T., 2017., Rancang Bangun Warning System dan Monitoring Gas Sulfur Dioksida (SO2) Gunung [12] Tangkuban Perahu Via SMS Gateway Berbasis Mikrokontroler Menggunakan Sensor MQ-136., Telekontran Vol. 5 No. 1.
[13] Technical Data MQ-136 Gas Sensor., www.sensorica.ru/pdf/MQ-136.pdf., Diakses pada 17 Mei 2019.